La formazione di un involucro

Le cellule di tutti i viventi sono  avvolte da una membrana che delimita un ambiente esterno, composto fondamentalmente d'acqua, da un ambiente interno, un ricco miscuglio di molecole e macromolecole sospese in acqua.

Le membrane consentono alla cellula di mantenere la propria identità e di proteggere i componenti cellulari che altrimenti si disperderebbero; esse sono  costituite da fosfolipidi, formati da una "testa" polare e delle "code" apolari, e da proteine.

La testa dei fosfolipidi, costituita da una molecola polare contenente il gruppo fosfato, è "solubile", cioè attratta dalla molecole dell'acqua, mentre la coda, apolare, non lo è. Se si getta con estrema delicatezza una gocciolina fosfolipidi in acqua, le molecole si dispongono in modo da porre le teste rivolte verso l'acqua mentre le code, per difendersi da un ambiente che non "amano", "si cercano" per riunirsi; si crea così un doppio strato molecolare e se si agita il liquido, esso origina sferette microscopiche al cui interno è intrappolata dell'acqua. Dal momento che le membrane cellulari giocano un ruolo fondamentale per il mantenimento della vita, anche perché le numerose proteine presenti sulla loro superficie svolgono numerose attività enzimatiche, ci si deve chiedere come sia stata possibile la loro formazione. Riproducendo le condizioni ambientali del "brodo primordiale" non è possibile ottenere catene di acidi grassi sufficientemente lunghe; inoltre, la condensazione della glicerina con gli acidi grassi -che porta ala formazione dei lipidi e comporta la perdita di molecole di acqua- è sfavorita in ambiente acquoso.

Nel 1960 Sidney Fox, partendo dall’idea che vi potessero essere anche condizioni ambientali calde ed asciutte, ottenne degli aggregati macromolecolari, scaldando, in assenza di acqua, una mistura di aminoacidi; a questa aggregazione Fox diede il nome di proteinoidi, non si trattava infatti di vere proteine in quanto nei proteinoidi i legami non sono distribuiti linearmente, ma sono presenti legami fra i radicali –R degli aminoacidi. Queste macromolecole, tuttavia, mostrano di possedere una blanda azione catalitica, per esempio, possono catalizzare la scissione dell’ATP. Fox dimostrò anche che i suoi proteinoidi possono costruire strutture più complesse: se infatti una soluzione concentrata di proteinoidi viene riscaldata fra i 120 e i 200 gradi centigradi e poi raffreddata lentamente, i proteinoidi formano spontaneamente delle vescicole che Fox chiamò microsfere.

Le microsfere assumono forme regolari, le loro dimensioni sono stabili (il loro diametro varia fra 1 e 2 µm), e mantengono una debole attività catalitica e mostrano anche un comportamento semipermeabile, proprio come le vere membrane plasmatiche.

Numerosi altri scienziati hanno ripreso l'ipotesi di Fox, cercando anche di chiarire come sia stato possibile lo svilupparsi di un metabolismo rudimentale e mettendo in dubbio l'ipotesi del "brodo primordiale", che secondo alcuni richiede la presenza di basse temperature, per evitare la decomposizione delle molecole neoformate. Secondo questi scienziati il clima della Terra era molto più caldo (ipotesi opposta a quella sostenuta da alcuni astrofisici); la probabilità che le molecole si assemblassero nella giusta maniera, inoltre, è estremamente bassa, tenendo conto anche del fatto che il tempo intercorso fra la formazione della Terra e il sorgere della vita è sorprendentemente piccolo: il "brodo primordiale" era troppo diluito perché le molecole si potessero trovare in concentrazioni opportune e l'ipotesi delle piccole pozze d'acqua, dove il materiale poteva concentrarsi è troppo macchinosa e improbabile.
E' stato così  ipotizzato un mondo in cui le prime molecole  erano costituite da acqua, ferro, anidride carbonica e solfuro di idrogeno, abbondanti presso le bocche vulcaniche nella profondità degli oceani. Da catalizzatore avrebbe potuto prestarsi la pirite (FeS₂, bisolfuro di ferro), che ancora oggi è la principale fonte di nutrimento per molti batteri, anche perché  contiene lo ione Fe²⁺ che in presenza di di una fonte energetica e acqua si ossida a Fe³⁺ rendendo disponibili elettroni che possono portare alla sintesi di tioesteri, molecole che anche attualmente giocano un ruolo fondamentale in tutte le reazioni di biosintesi e l'energia che sono in grado di liberare è equivalente a quella prodotta dall'ATP. Essi sono probabilmente stati fondamentali anche in passato per orientare le reazioni che portarono alla formazione dei legami peptidici.

Sidney Fox, al tempo dei lavori qui riportati, era direttore dell'Istituto oceanografico presso la Florida State University. Ha collaborato con la NASA per indagare sulla possibilità di forme di vita su Marte e la Luna, lavorando con Carl Sagan.